Нестаріючі сталі

НЕСТАРІ́ЮЧІ СТА́ЛІ Сталь, як і будь-яка речовина, створена людиною, має порівняно з природ. компонентами, з яких її отримано, підвищену вільну енергію. Тому зміни в її структур. стані (фазовий склад і морфологія структури), що називають старінням матеріалу, неминуче призводять до самовіл. зменшення вільної енергії сталі. Виготовлення способом деформаційно-терміч. оброблення зі сталі напівфабрикатів і виробів часто призводить до додатк. збільшення вільної енергії в них, стимулює процеси старіння та спричиняє небажані зміни їх характеристик. Повністю й назавжди усунути процес старіння неможливо, однак зменшити його негативні наслідки на певний час реально. Термін «Н. с.» умовний, під ним варто розуміти сталі, процес старіння яких за регламентов. проміжок часу не виводить з допустимого інтервалу комплекс технол. і експлуатац. властивостей виготовлених з них конкрет. напівфабрикатів (виробів). Напр., інтервалу показників пластичності для напівфабрикатів, що піддають холод. пластич. деформації, або інтервалу характеристик опору руйнуванню для виробів тощо. Способи отримання «старіючих» сталей тісно пов’язані, з одного боку, з типом можливого старіння (гартівного або деформаційного), а з ін. — з гарантов. характеристиками зістарених сталей. Необхідно зауважити, що практ. значення має тут не стільки ступінь зміни характеристик у процесі власне старіння, скільки абсолют. рівень їх у зістареному стані. Реалізують 2 осн. способи отримання Н. с.: зміна хім. складу сталі й оптимізація початк. структур. стану. Гартівне старіння становить небезпеку для сталей з вмістом С не більше 0,2 %, концентрацією С перед старінням, що фіксується в твердому розчині, більше 0,05 % і здійсненням старіння при т-рах нижче 50 °С. Зменшення інтенсивності гартів. старіння має велике значення при рекристалізацій. відпалі холоднодеформов. виробів (листа, бляхи, дроту та ін.) у поточ. лініях. Швидке охолодження з т-р рекристалізацій. відпалу з подальшим нагріванням до 350–450 °С і остаточ. охолодженням із зазнач. т-р забезпечує необхідне зниження інтенсивності гартів. старіння, оскільки вміст С у твердому розчині падає нижче 0,05 %. Такий ефект можна отримати і легуванням сталі елементами, що знижують розчинність карбонітридів, напр., кремнієм, титаном та ін. Але небажаним ефектом такого легування може бути зниження пластичності сталі. Деформац. старіння може відбуватися у всіх сталей незалежно від вмісту в них С при таких умовах: технол., монтаж. або експлуатац. деформацією у сталь вводять дислокації щільністю понад 10⁸ см-2; ефективна концентрація атомів проникнення С і N (С_еф.) перевищує 10-4 %. Таким чином, регулюючи С_еф., можна забезпечити зниження інтенсивності деформац. старіння до необхід. рівня. Це досягається зменшенням концентрації (С + N) в твердому розчині та збільшенням енергії зв’язку (С + N) в карбонітридах порівняно з такою енергію для цих елементів із дислокаціями. Внаслідок легування сталі сильними нітридо- та карбідоутворювал. елементами Al, Cr, V, Nb, Ti у поєднанні зі спец. термообробленням (залежно від типу легувал. елемента) розроблено значну кількість марок Н. с., що використовують при виробництві заготовок для холод. штампування, осаджування та видавлювання. Водночас у наведених легувал. елементів зліва направо зростає ефективність зниження інтенсивності деформац. старіння, але в тому ж напрямку зростає ступінь зміцнення та зниження пластичності фериту. Під час легування потрібно враховувати температуру деформац. старіння. Напр., Al ефективний тільки при т-рі, нижчій 100 °С, а Ti стримує деформац. старіння і при 300–400 °С. Легування такими елементами, як Ni і Co, не набуло масового застосування в галузі створення Н. с. Однак Ni і Co істотно зменшують енергію зв’язку (С + N) з дислокаціями, тому можуть бути використані для зменшення інтенсивності деформац. старіння. Для конструкц. сталей масового призначення з точки зору збереження характеристик опору в’яз­кому та крихкому руйнуванню в деформац. старінні особливе значення має принцип оптимізації початк. структур. стану (порівняно з гарячекатаним, відпаленим або нормалізованим). Цей спосіб отримання Н. с. без зміни їх хім. складу набув поширення в останні десятиліття шляхом терміч. зміцнення, високотемпера­тур. термомех. оброблення, термомеханікотерміч. оброблення товстих листів, сортового прокату, труб тощо.

Завантажити статтю